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无线充电技术的新旧创意大盘点
[发布时间]:2020年3月9日 [来源]:贸泽电子 [点击率]:5164
【导读】: 在过去的几年间,无线充电市场蓬勃发展,无线充电标准趋于整合,并且不断有新的供应商和新产品涌现。与此同时,一些技术的发展也取得了令人振奋的成果,下面就与大家一起讨论无线充电技术现在的发展情况以及未来...

  无线充电系统比有线充电系统提供的电力要少的多,因此可能需要更长的充电时间,但是制造商正在积极解决这个问题,比如提高功率水平。2015年推出的WPC v1.2版本规范明确最大支持的功率可达15W,而早期的版本只支持5W。

  无线发射器

  在工作期间,发射器大部分时间都保持在低功耗的“短暂睡眠”( snooze)模式,每隔一定的时间都会激活检查是否有接收器需要充电。检测到次级线圈存在后,发射器会对接收器进行身份验证,然后开始进行电力传输。如果验证失败,发射器会重新进入睡眠状态。在电力传输的整个过程中,接收端会通过预定义的通信数据包保持对电力传输的完全掌控,这些数据包处理的功能包括识别、身份验证、所需的电量和错误检测等。

图3:兼容Qi的TB6865无线发射器包括模拟、数字和电源模块

  图3所示为东芝公司推出的TB6865AFG,它是一款兼容Qi标准的无线发射器。TB6865也是一款复杂的片上系统(SoC)器件,集成了32位ARM Cortex-M3处理器内核和128KB的闪存空间,以及用于实现驱动电源线圈的全桥逆变器的预驱动。其他模块包括三个低压差 (LDO) 线性稳压器和四个用于解码接收器命令的解调器。

  无线接收器

  与无线发射器类似,无线接收器也是一款复杂的SoC器件,比如罗姆半导体公司(ROHM)推出的BD57015GWL集成了全面同步的整流电路、低阻抗的场效应晶体管(FET)、用于处理Qi和AirFuel通信的数据包控制器和通过调幅实现与发射器通信的开漏输出驱动器。此器件提供可调节的电压输出,同时符合Qi中等功率标准和AirFuel标准。另外罗姆公司还推出了与之匹配的发射器BD57020MWV,它遵守Qi中低功率的无线传输规范。

  发射和接收线圈 

  为了保证不同厂家器件之间的互操作性,Qi标准还定义了详细的发射器充电线圈要求。这个规范定义了线圈的电磁特性、几何形状和材料。比如A11线圈规范定义的是单层圆形线圈,在铁氧体底座上安装10圈电线,线圈的输入工作电压为5V,电感为6.3μh,最大直流阻抗 (DCR)为60m?。

  A6版本规范则定义了三个线圈,通过增大可用充电面积降低了对线圈不对齐的敏感性;由于每个线圈需要一个独立的驱动器,因此这种方案的物料(BOM)成本比较高。

  发射和接收线圈通常都是采用特殊的利兹线缆(Litz wire)制成,它使用多种绝缘线缠绕成多种形状,将接触面影响最小化,降低效率损失。两个线圈的尺寸应该相近以实现最大程度的能量耦合。比如TDK推出的无线充电线圈兼容Qi标准,适用于移动设备,采用专用的柔性薄金属磁片制成,厚度仅为0.52毫米,输出电流为0.5到0.6A。

图4:Wurth Elektronik公司提供的各种无线充电线圈

  图4展示的是各种形式的无线充电线圈,符合A6规范的线圈如图左侧所示。

  接收线圈必须非常轻薄才能适合便携和可穿戴设备,但是仍然需要足够坚固才能承受剧烈的振动和冲击。因为每个智能手机、健康手环等电子设备都是不同的,所以接收线圈一般都是定制的。            

  在标准化产品中,Vishay/Dale的IWAS系列线圈是首款商用的接收线圈,符合Qi标准规范,可用于5V或7V电压充电。比如IWAS-3827EC-50线圈能够处理高达10W的功率,整个线圈有15圈,电感10.7μH,电阻抗183m?,安装在高导磁屏蔽层上,尺寸大约38x26x1mm。

  发射器与接收器模块

  多家制造商提供的模块都包含线圈和发射器或者接收器,图5展示的是TDK公司推出的WTM505090发射器模块,它包含发射器PCB板卡(集成了前面介绍的东芝TB6865AFG器件)以及发射线圈。

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